Upload
others
View
15
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Obnovljivi izvori energijeNajvažniji izvori, potencijal i tehnologija
Prof.dr.sc. Zdenko Šimić
FER 2010.
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije
4
Energijske tehnologije
Pregled
• Uvod• Karakteriziranje OIE• Planovi u EU i RH• Stanje i projekcije korištenja energije• OIE za proizvodnju el. en.• OIE za toplinu• OIE za goriva• Ostali OIE• Zaključno
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 2
Energijske tehnologije
Uvod
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 3
Što je to obnovljiva energija?
Energija koje ima u izobilju: sunce,
vjetar, voda , biomasa, zemlja, valovi
te plima i oseka.
Zašto obnovljiva energija?
Da zamjeni fosilna goriva u
nestajanju i reducira emisiju
stakleničkih plinova koji
mogu poremetiti klimu.
Energijske tehnologije
UTJECAJ NA OKOLIŠ
Globalno zatopljenje i zagađivanje okoliša
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 4
Energijske tehnologije5
Mt CO2
http://www.epa.gov/climatechange/emissions/globalghg.html
Energijske tehnologijeZdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 6
Globalna
temperatura u
zadnjih 65
milijuna godina
Dan
as
18,000 years
230,000 years
1 Million years
3.5 Million years
10 million years65 million years
10,000 years
1,000 years
55 million years
1000 god13 Mgod.65 Mgod.
Energijske tehnologije
Koncentracija CO2
Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 7
Svjetska koncentracija
CO2 porasla je od oko
280 ppm od prije
industrijske revolucije do
370 ppm danas.
Porast od 3ppm na godinu.
Energijske tehnologije
Staklenički plinovi
• CO2 normalno zauzima 0,03% volumena atmosfere (2,4E15 kg)
• Normalni ravnotežni ciklus cirkulira 10%
• Sagorijevanje fosilnih goriva remeti balans godišnjim dodavanjem više od 1% CO2 (10 Gt)
• Posljedica direktna u promjeni globalne temperature za 1 K zadnjih 150 godina
• Globalne posljedice topljenja leda na Antarktiku i klimatske promjene
Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 8
Energijske tehnologijeObnovljivi izvori energije i NT9
Porast globalne temperature
od 1860. do 2000.
Globalno zagrijavanje
Energijske tehnologije10
Energijske tehnologije
RJEŠENJE!?
Kako riješiti pitanje zagađivanja i razvoja
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 11
Energijske tehnologije
Rješenje onečišćavanja
• Potpuno rješenje ne postoji
• Multidisciplinarni i neutralan pristup podloga su za približavanje optimalnim rješenjima
• Velika smetnja su suprotstavljeni interesi i neznanje
• Svaka ljudska aktivnost je opasna i onečišćuje
• Pitanje je izbora između potreba i prioriteta
Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 12
Energijske tehnologije
Eksterna cijena proizvodnje el. en. u EU c/kWh
Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 13
Energijske tehnologijeZdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 14
Energijske tehnologije
ENERGIJA U SVIJETU
Potrošnja energije u svijetu
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 15
Energijske tehnologijeZdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 16
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
mto
e
Godišnja svjetska potrošnja energije1860 -2060 (Shell)
Ostalo
Sunce
Energetski usjevi
Vjetar
Hidroenergija
Nuklearna
Prir. plin
Nafta
Ugljen
Trad. bio
Svjetska potrošnja energije
Energijske tehnologijeZdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 17[Mtoe]
Energijske tehnologije
OIE za primarnu energiju
18
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2006 2030
Mtoe
Ugljen Nafta Prirodni plin Nuklearna Hidro Biomasa i otpad Ostali OIE
81%
80%
13%14%
Ukupno: 11 730 Mtoe uz prosj. porast od 1.6%/god. 17 010 Mtoe 2030.
Izvor: World Energy Outlook 2008, OECD/IEA, 2008
Energijske tehnologije
7765
14571
1095 7933813
6743
2789 34503017
4805
246 861125 149771 5440
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2006 2030
TWh
Ugljen Nafta Prirodni plin Nuklearna Hidro Biomasa i otpad Vjetar Ostali OIE
OIE za električnu energiju
19
67%
67%
18%23%
Ukupno: -uz prosječni godišnji porast od 2.4%
18 921 TWh 33 265 TWh 2030.
Izvor: World Energy Outlook 2008, OECD/IEA, 2008
Energijske tehnologije
OIE za električnu energiju
20Izvor: World Energy Outlook 2008, OECD/IEA, 2008
Hidro OIE* -vjetar, biomasa, Sunce, plima i valovi
Energijske tehnologije
Porast OIE u svjetskoj proizvodnji električne energije do 2015. i 2030.
Hidroenergija je na prvom mjestu.
Vjetar na moru postaje značajan iza 2015., ali i dalje iza vjetra.
21
Energijske tehnologije
Porast OECD proizvodnje električne energije do 2015. i 2030.
Vjetar je dominantno na prvom mjestu.
Biomasa i hidro su značajni do 2015. , do 2030. Solarna također postaje značajna.
22
Energijske tehnologije
OIE - regulativa
Direktiva EU (…/2009/EC) za promoviranje korištenja OIE
• Dio klimatskog i energetskog paketa EU s osnovnim ciljem:
20 % manje emisije CO2
20 % obnovljivih izvora energije
20 % veća energetska učinkovitost
• Usvojio Europski parlament 17.12.2010.
• http://ec.europa.eu/climateaction/
Usvojeni nacionalni ciljevi udjela OIE u ukupnoj energetskoj potrošnji
Zemlja Udio (%) OIE u krajnjoj potrošnji
2005.
Udio (%) OIE u krajnjoj potrošnji
2020.
Belgija 2,2 13
Bugarska 9,4 16
Češka 6,1 13
Danska 17,0 30
Njemačka 5,8 18
Estonija 18,0 25
Irska 3,1 16
Grčka 6,9 18
Španjolska 8,7 20
Francuska 10,3 23
Italija 5,2 17
Cipar 2,9 13
Latvija 34,9 42
Litva 15,0 23
Luksemburg 0,9 11
MaĎarska 4,3 13
Malta 0,0 10
Nizozemska 2,4 14
Austrija 23,3 34
Poljska 7,2 15
Portugal 20,5 31
Rumunjska 17,8 24
Slovenija 16,0 25
Slovačka 6,7 14
Finska 28,5 38
Švedska 39,8 49
Velika Britanija 1,3 15
Ukupno EU-27 8,5 20,0
Obnovljivi izvori energije i NT
23
Energijske tehnologije
ENERGIJA U HRVATSKOJ
Potrošnja energije u Hrvatskoj
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 24
Energijske tehnologije
OIE – strategija RH
OIE u strategiji energetskog razvitka RH (2010.)
OIE 2010. 2020. 2030.
Biomasa [PJ] 18,14 33,86 68,72
Biogoriva [PJ] 2,50 9,55 14,35
Energija vjetra [PJ] 1,02 9,50 15,84
Energija vode MHE [PJ] 0,40 0,97 1,55
Energija vode VHE [PJ] 21,06 23,76 23,76
Geotermalna enerija [PJ] 0,15 5,51 8,54
Sunčeva energija [PJ] 0,51 5,27 13,87
Ukupno: 43,78 88,42 146,63
Obnovljivi izvori energije: vrste, potencijali, tehnologije
25
U 2020. godini iz obnovljivih izvora energije 88,42 PJ ‐ekvivalent energiji 2105 milijuna tona nafte
Energijske tehnologije
OIE – strategija RHOIE u strategiji energetskog razvitka RH (2010.)
26
Energijske tehnologije
OIE – strategija RHOIE u strategiji energetskog razvitka RH (2010.)
Očekivani instalirani kapaciteti (snaga)
Nekonvencionalni IE 2020. 2030.
Elektrane na biomasu [MW] 135 420
Elektrane na komunalni otpad [MW] 35 105
Vjetroelektrane [MW] 1200 2000
Male hidroelektrane [MW] 140 250
Geotermalne elektrane [MW] 20 30
Sunčeve elektrane [MW] 45 250
Ukupno nekonvencionalni [MW]: 1575 3055
27
Dodatno se predviđa izgradnje novih ili porast snage u
postojećim velikim hidroelektranama do 2020. godine u
iznosu od 300 MW
Energijske tehnologije
OBNOVLJIVI IZVORI
Ukratko o obnovljivim izvorima energije
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 28
Energijske tehnologije
Neispunjeno
poželjno
svojstvo
OIE – poželjna svojstva
Pretežno ispunjena poželjna svojstva nekonvencionalnih izvora energije
Poželjno svojstvo
izvoramHE
Sunce -
TE
Sunce -
FNVjetar Biomasa Geoterm.
Obnovljivost
Potencijal
Vlastita potrošnja
Energija pridobivanje
Utjecaj na okoliš
Moguća diverzifikacija
CO2 - neutralnost
29
Ispunjeno
poželjno
svojstvo
Djelomično
ispunjeno
poželjno svojstvo
Energijske tehnologije
OIE – poželjna svojstva
Pretežno neispunjena poželjna svojstva nekonvencionalnih izvora energije
30
Ispunjeno
poželjno
svojstvo
Djelomično
ispunjeno
poželjno svojstvo
Neispunjeno
poželjno
svojstvo
Poželjno svojstvo izvora MHE Su.-TE Su.-FN Vjet. Biom. Geot.
Ravnomjernost, površinska
Površinska gustoća
Moguće izvorno uskladištenje
Male prirodna oscilacija
Nužnost rezerva
Efikasnost pretvorbe
Mogućnost kogeneracije
Energijske tehnologije
OIE – energetska održivostEnergija potrebna za izgradnju postrojenja: pojedini izvor mora neprekidno
raditi nekoliko godina, da bi tek tada postao neto-proizvođač energije (vrijeme energetske amortizacije). Naglašeni utrošak energije je pri proizvodnji fotoćelija.
Tip energetskog postrojenja
Energetska
amortizacija
(god)
Hidroelektrana 0,2-0,3
Toplana za daljinsko grijanje 0,2-0,5
Nuklearna elektrana (LWR) 0,2-0,8
Vjetroelektrana 0,2-1,9
Fotonapon-amorfne ćelije* oko 1,5
Fotonapon-multikristalne ćelije* oko 2
Fotonapon-monokristalne ćelije* do 3
31
* Ovisi o lokaciji i tehnologiji (navedene su prosječne vrijednosti)
Energijske tehnologije
OIE – utjecaj na okolišUjecaj na okoliš: općenito malen ili ga uopće nema. Korištenje vjetra
izaziva buku (manji problem), a sagorijevanje biomase izaziva emisiju plinova eventualno manje štetnih od konvencionalnih goriva jer praktički nema sumpora, no emisija iz tih postrojenja je i nešto veća nego li iz konvencionalnih (manji stupanj djelovanja manjih jedinica)
Tip elektranaIzravna emisijaCO2-ekvivalent
(gram/kWh)
Neizravna
emisijaCO2-ekvivalent
(gram/kWh)
Ukupna
emisijaCO2-ekvivalent
(gram/kWh)
Hidroelektrane 3,5-40 10-20 13-55
Vjetroelektrana 0 40-50 40-50
Elektrana na biomasu 13-18 45-50 63
Fotonaponska elektrana 0 180-220 180-220
Konv. termoelektrane na plin 340 80 420
Konv. termoelektrane na kam.
ugljen820 100 920
32
Energijske tehnologije
KOLIKO TO KOŠTA
Cijena obnovljivih izvora energije
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 33
Energijske tehnologije
Stanje i predviđanje 2015. i 2030. cijene investicija elektrana za OIE, $/kW.
Hidroenergija je razvijena. Geotermalna, vjetar i biomasa se još razvijaju.
Najveće promjene se očekuju kod Solarne, a posebno za fotonaponske primjene.
34
Energijske tehnologije
Stanje i predviđanje 2015. i 2030. cijene proizvodnje el. en. za OIE, $/MWh.
Hidroenergija je razvijena. Geotermalna, vjetar i posebno biomasa se još razvijaju.
Najveće promjene se očekuju kod Solarne, a posebno za fotonaponske primjene.
35
Energijske tehnologije
KORIŠTENJE OIE
Korištenje obnovljivih izvora energije za proizvodnju el. en., grijanje i transport
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 36
Energijske tehnologije
OIE za el. en.
Hidroenergija
• Razlikuju se male (do 10 MW) i velike HE
• Posebno zanimljive u razvijenom svijetu
• Zrela i konkurentna tehnologija
• RH 100 MW do 2020.
– Poticaji 0.42 do 0.69 kn/kWh, ovisno o proiz.
Vjetar
• Najrazvijeniji novi OIE– Njemačka, Španjolska,
Danska, Portugal, SAD
– Ukupno oko 100 GW
– Projekcije za 2030.:• 4.5% (1500 TWh) el.
en. od 0.7% (130 TWh)
• RH 1200 MW do 2020.– Poticaji 0.65 kn/kWh
– Ograničenje je mreža
37
Energijske tehnologije
OIE za el. en.
Biomasa
• Trenutno 2. najveći OIE– Samo za el. en. i
kombinirano za toplinu
– Predviđen rast, ali ne koliko HE i vjetar
– Švdska, Njemačka, V. Britanija, Italija
• RH na biomasu 140 i na kom. otpad 40 MWe do 2020.– Poticaji 0.36 do 1.20
kn/kWh, ovisno o snazi i teh.
Geotermalna
• Proizvodnja veća od Solarne
– 9 GW (60 TWh )
– Predviđen stabilan rast
• do 2030. trostruka proizv. i dvostruki udio (0.6%)
• RH 20 MWe do 2020.
– Poticaji 1.26 kn/kWh
38
Energijske tehnologije
OIE za el. en. – Sunce FN
• Najskuplji i najdinamičniji OIE
– Kumulativno do kraja 2007. preko 9 GW
• Proizvodnja el. en. nekoliko TWh
• IEA projekcije za 2015. 42 TWh i 245 TWh za 2030.
– 95% instalacija je na mreži ovisno o poticajima
– Rast instaliranih kapaciteta preko 50% godišnje
– Njemačka, Japan, SAD, Španjolska, Italija, Francuska, Kina
– Elektrane od kW do desetina MW
– RH planira 1.52 MW do 2010. i 45 MW do 2020.
• Poticaji: 3.4, 2.1 i 3.0 kn/kWh za snage do 10, preko 30 kW i između, redom
39
Energijske tehnologije
OIE za el. en. – Sunce koncentrirano
• Manje skupo od FN
– Kumulativno do kraja 2007. 354 MWe
– Nove instalacije i planovi
• SAD, Španjolska, Australija, …
• Potencijal za 2 GW do 2010.
– IEA predviđa 11 TWh do 2010. i 107 TWh do 2030.
• Potencijal za RH postoji, alinije toliki kao za naveden južnije zemlje
40
Solarni toranj: 11 MWe, Spain, 600 ogledala
Parabolična protočna: 30 MWe, Kramer Junction, California
Parabolični tanjur, 10 kW
Energijske tehnologije
OIE ZA GRIJANJE
Biomasa
Geotermalna
Solarna
41
Energijske tehnologije
Sunce za grijanja
• Može biti pasivno i aktivno
• Ekonomski isplativo odmah ili uzminimalna ulaganja – Posebno u odnosu na druge OIE
– EU, Njemačka, Španjolska, Grčka, Austrija, Brazil, Kina
• HR ima 50 do 100 puta manje instalacija po stanovniku od sjevernijih zemalja.– Do 2020. milijun m2
• Proizvodnja ili uvoz!?
42
Energijske tehnologije
BIOGORIVA ZA TRANSPORT
Etanol
Biodizel
• Goriva 1. generacije 1.5% -24.4 Mtoe ili ekv. 0.6 mb/d
• IEA projekcije za 2030: 5% -118 Mtoe ili ekv. 3.2 mb/d
• Kontroverzno•Poticaji, poljoprivreda, održivost (utjecaj na okoliš)
• EU planira do 2020. koristiti 10% biogoriva u transportu
• RH do 2010. ima plan koristiti 5.75% biogoriva u prometu
43
Energijske tehnologije
Valovi, plima i oseka
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 44
La Rance, France. 240MW
plimna pregrada. Jedina na svijetu.
Energijske tehnologije
Ostali obnovljivi izvori!?
• Energija topline mora
• Hladna fuzija
• Zero point energy
• Mnogi drugi …
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 45
Energijske tehnologije
Valoriziranje tehnologije
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 46
Energijske tehnologije
Cjelovito rješenje
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 47
Energijske tehnologije
Zaključno• Tradicionalni fosilni izvori su ograničeni
• Nedovoljno poznat i potencijalno vrlo štetan utjecaj na okoliš od dosadašnjeg i daljnjeg korištenja fosilnih goriva
• OIE znatno manje štetno utječu na okoliš i treba ih koristiti daleko više
• OIE su raznovrsni te je odabir i dinamika njihova uvođenja zahtjevno pitanje
• Brojni scenariji razvoja predviđaju više od 50% energije iz obnovljivih izvora do 2050.
• Budućnost možemo predviđati ili kreirati…
2010. Zdenko Šimić - Obnovljivi izvori energije 48
Energijske tehnologije
Predviđanja velikih
“Oni koji imaju znanje ne predviđaju. Oni koji predviđaju nemaju znanje.”-- Lao Tzu, Kineski pjesnik,
6. st. pne.
“Leteći strojevi teži od zraka su nemogući." -- Lord Kelvin, predsjednik,
Royal Society, 1895
“Predviđanje je teško, posebno kada se radi o budućnosti.”
-- Nils Bohr, Nobelovac Fizičar
“Nema ni najmanje indikacije da će [nuklearna energija] biti ikada dostupna. To bi značilo da se atomi razbijaju po volji.”-- Albert Einstein, 1932.
“Ja mislim da postoji svjetsko tržište za možda pet računala.”
-- Thomas Watson, predsjednik IBM-a,
1943.
49
Energijske tehnologije2010. Zdenko Šimić Obnovljivi izvori energije
Obnovljivi izvori na FER-u
4